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1、第1章 数据库基本知识,1.1 信息、数据与数据处理 1.2 数据库系统 1.3 数据模型,1.1 信息、数据与数据处理,1.1.1 数据与信息 1.1.2 数据处理 1.1.3 数据处理的发展 1.1.4 数据库技术的发展 1.1.5 数据库新技术,返回首页,1.1.1 数据与信息,数据的概念包括两个方面,即数据内容和数据形式。数据内容是指所描述客观事物的具体特性,也就是通常所说的数据的“值”;数据形式则是指数据内容存储在媒体上的具体形式,也就是通常所说的数据的“类型”。数据主要有数字、文字、声音、图形和图像等多种形式。 信息是指数据经过加工处理后所获取的有用知识。信息是以某种数据形式表现的
2、。 数据和信息是两个相互联系、但又相互区别的概念;数据是信息的具体表现形式,信息是数据有意义的表现。,返回本节,1.1.2 数据处理,数据处理就是将数据转换为信息的过程。数据处理的内容主要包括:数据的收集、整理、存储、加工、分类、维护、排序、检索和传输等一系列活动的总和。数据处理的目的是从大量的数据中,根据数据自身的规律和及其相互联系,通过分析、归纳、推理等科学方法,利用计算机技术、数据库技术等技术手段,提取有效的信息资源,为进一步分析、管理和决策提供依据。数据处理也称信息处理。,返回本节,1.1.3 数据处理的发展,1人工管理阶段 早期的计算机主要用于科学计算,计算处理的数据量很小,基本上不
3、存在数据管理的问题。从50年代初,开始将计算机应用于数据处理。 2文件管理阶段 从50年代后期开始至60年代末为文件管理阶段,应用程序通过专门管理数据的软件即文件系统管理来使用数据。 3数据库管理阶段 数据库管理阶段是60年代末在文件管理基础上发展起来的。,图1-1 人工管理阶段程序与数据的关系,图1-2 文件管理阶段程序与数据的关系,图1-3 应用程序与数据之间的关系,返回本节,1.1.4 数据库技术的发展,(1)1969年IBM公司研制、开发了数据库管理系统商品化软件IMS(Information Management System),IMS的数据模型是层次结构的。 (2)美国数据系统语言
4、协会CODASYL(Conference On Data System Language)下属的数据库任务组DBTG(Data Base Task Group)对数据库方法进行系统的讨论、研究,提出了若干报告,成为OBTG报告。OBTG报告确定并且建立了数据库系统的许多概念、方法和技术。 (3)1970年IBM公司San Jose研究实验室的研究员E.F.Codd发表了著名的“大型共享系统的关系数据库的关系模型”论文,为关系数据库技术奠定了理论基础。,自20世纪70年代开始,数据库技术有了很大的发展,表现为: (1)数据库方法,特别是OBTG方法和思想应用于各种计算机系统,出现了许多商品化数据
5、库系统,它们大都是基于网状模型和层次模型的。 (2)这些商用系统的运行,使数据库技术日益广泛地应用到企业管理、事务处理、交通运输、信息检索、军事指挥、政府管理和辅助决策等各个方面,深入到生产、生活的各个领域。数据库技术成为实现和优化信息系统的基本技术。 (3)关系方法的理论研究和软件系统的研制取得了很大的成果。,返回本节,1.1.5 数据库新技术,1分布式数据库 分布式数据库系统(Distributed DataBase System,DDBS)是在集中式数据库基础上发展起来的,是数据库技术与计算机网络技术、分布处理技术相结合的产物。分布式数据库系统的主要特点如下: (1)数据是分布的。 (2
6、)数据是逻辑相关的。 (3)结点的自治性。,2面向对象数据库 面向对象数据库系统(Object-Oriented DataBase System,OODBS)是将面向对象的模型、方法和机制,与先进的数据库技术有机地结合而形成的新型数据库系统。它从关系模型中脱离出来,强调在数据库框架中的发展类型、数据抽象、继承和持久性;它的基本设计思想是,一方面把面向对象语言向数据库方向扩展,使应用程序能够存取并处理对象;另一方面扩展数据库系统,使其具有面向对象的特征,提供一种综合的语义数据建模概念集,以便对现实世界中复杂应用的实体和联系建模。,3多媒体数据库 多媒体数据库系统(Multi-Media Data
7、Base System,MDBS)是数据库技术与多媒体技术相结合的产物。 (1)数据量大。 (2)结构复杂。 (3)时序性。 (4)数据传输的连续性。,从实际应用的角度考虑,多媒体数据库管理系统(MDBMS)应具有如下基本功能: (1)应能够有效地表示多种媒体数据,对不同媒体的数据,如文本、图形、图像、声音等能够按应用的不同,采用不同的表示方法。 (2)应能够处理各种媒体数据,正确识别和表现各种媒体数据的特征、各种媒体间的空间或时间的关联。 (3)应能够像其他格式化数据一样对多媒体数据进行操作。 (4)应具有开放功能,提供多媒体数据库的应用程序接口等。,4数据仓库 数据仓库可以提供对企业数据方
8、便访问和具有强大分析能力的工具,从企业数据中获得有价值的信息,发掘企业的竞争优势,提高企业的运营效率和指导企业决策。数据仓库作为决策支持系统(Decision Support System,DSS)的有效解决方案,涉及三方面的技术内容:数据仓库技术、联机分析处理(On-Line Analysis Processing,OLAP)技术和数据挖掘(Data Mining,DM)技术。,返回本节,1.2 数据库系统,1.2.1 数据库系统的组成 1.2.2 数据库系统体系结构 1.2.3 数据库管理系统的功能 1.2.4 数据库管理系统的组成 1.2.5 数据库系统的特点,返回首页,1.2.1 数据
9、库系统的组成,1计算机硬件 2数据库管理系统 3数据库 4应用程序 5数据库用户,返回本节,1.2.2 数据库系统体系结构,1模式 模式又称概念模式或逻辑模式,对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据,按照统一的观点构造的全局逻辑结构。 2外模式 外模式又称子模式,对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。,3内模式 内模式又称存储模式,对应于物理级。它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述,是数据库最低一级的逻辑描述,它描述了数据在存储介质上的存储方式和物理结构,对应着实际存储在外存储介质上的数据库。 4数据库系统的二级映射 数据
10、库系统的三级模式是数据在三个级别(层次)上的抽象,使用户能够逻辑地、抽象地处理数据而不必关心数据在计算机中的物理表示和存储。,图1-5 数据库系统的体系结构,返回本节,1.2.3 数据库管理系统的功能,1数据库定义(描述)功能 2数据库操纵功能 3数据库运行管理功能 4数据组织、存储和管理 5数据库的建立和维护 6通信功能,返回本节,1.2.4 数据库管理系统的组成,1数据定义语言及其编译处理程序 2数据操作语言及其编译程序 3数据库运行控制程序 4实用程序,返回本节,1.2.5 数据库系统的特点,1数据共享 2减少数据冗余 3具有较高的数据独立性 (1)物理数据独立: (2)逻辑数据独立:
11、4增强了数据安全性和完整性保护,返回本节,1.3 数据模型,1.3.1 现实世界的数据描述 1.3.2 数据模型 1.3.3 关系的基本概念及其特点,返回首页,1.3.1 现实世界的数据描述,1信息处理的三个层次 (1)现实世界。 (2)信息世界。 (3)数据世界。,2信息世界中的基本概念 (1)实体。 (2)属性。 (3)域。 (4)实体型和实体值。 (5)实体集。 (6)实体联系。,3实体模型 实体模型又称概念模型,它是反映实体之间联系的模型。数据库设计的重要任务就是建立实体模型,建立概念数据库的具体描述。在建立实体模型时,实体要逐一命名以示区别,并描述它们之间的各种联系。实体模型只是将现
12、实世界的客观对象抽象为某种信息结构,这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统,E-R图是目前常用的概念模型的表示方法。,返回本节,1.3.2 数据模型,1层次模型(Hierarchical Model) 用树形结构表示实体和实体间联系的数据模型称为层次模型。 层次模型的基本特点: (1)有且仅有一个结点无父结点,称其为根结点。 (2)其他结点有且只一个父结点。,2网状模型(Network Model) 用网状结构表示实体和实体之间关系的数据模型称为网状模型。网状模型的基本特点: (1)一个以上结点无父结点。 (2)至少有一结点有多于一个的父结点。,3关系模型(Relational Model)
13、用二维表来表示实体和实体间联系的数据模型称为关系模型。例如,在关系模型中可用如表1-1的形式表示学生对象。关系不但可以表示实体间一对多的联系,也可以方便地表示多对多的联系。,表1-1 学生基本情况表,返回本节,1.3.3 关系的基本概念及其特点,1关系的基本概念 (1)关系:一个关系就是一张二维表,通常将一个没有重复行、重复列的二维表看成一个关系,每个关系都有一个关系名。 (2)元组:二维表的每一行在关系中称为元组。 (3)属性:二维表的每一列在关系中称为属性,每个属性都有一个属性名,属性值则是各个元组在该属性上的取值。 (4)域:属性的取值范围称为域。,2关系模型的主要优点 关系模型具有如下优点: (1)数据结构单一。关系模型中,不管是实体还是实体之间的联系,都用关系来表示,而关系都对应一张二维数据表,数据结构简单、清晰。 (2)关系规范化,并建立在严格的理论基础上。关系中每个属性不可再分割,构成关系的基本规范。同时关系是建立在严格的数学概念基础上,具有坚实的理论基础。 (3)概念简单,操作方便。,返回本节,
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